六足行走机器人步态规划及运动学分析-(3).docx

管道环境下ADDINCNKISM.UserStyle足式机器人步态规划及运动学分析樊阳阳1，张云伟1*，陈岭，曾祥义，苟爽（1.昆明理工大学信息与自动化院,云南昆明650500）摘要：足式机器人具有高自由度，运动灵活，对地面适应能力强的优点，提高其步行运动的稳定性和精度，因此提出了六足机器人在管道环境下腿部的位姿并对六足机器人进行了步态规划，保证其能平稳高效的运动。运用平动齐次变换和旋转齐次变换分析了站立腿和摆动腿的运动学模型，计算出运动学方程，为后续对机器人的运动控制研究奠定了基础。关键字：足式机器人；平动齐次变换；旋转齐次变换；运动学中图分类号：TP242.3文献标识：ALeggedRobot’sGaitPlanningandKinematicsAnalysisundertheEnvironmentofPipelineYangyangFan1,YunweiZhang1*,LingChen,XiangyiZeng,ShuangGouFacultyofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScienceandTechnolog,650500*Correspondingauthor1［TheChineseNatureScienceFoundation(Grant:)］Abstract:Leggedrobothasadvantageswithhighdegreeoffreedom,flexibilityandstrongadaptabilitytotheground.Proposingtheposeofalegbodiesofsix-leggedrobotatpipelineenvironment,andplanninggaitfortherobotandensureitcansmoothandefficientmovement.Usingtranslationalhomogeneoustransformationandrotationalhomogeneoustransformationanalyzesthekinematicsmodelofstandinglegandswingingleg,calculatingthekinematicsequation.Itlaidthefoundationforthesubsequentmovementoftherobotcontrolstudy.Keywords:Leggedrobots;Translationalhomogeneoustransformation;Rotatinghomogeneoustransformation;Kinematics*国家自然科学基金“城市地下煤气管网检测机器人队列协作与控制研究”（编号：51365019）*作者简介：樊阳阳（1991-）,女，硕士研究生，信息融合与处理方向；张云伟（1972-）男，云南昆明人，昆明理工大学教授，博士，主要研究煤气管道检测机器人，大数据处理方向。Email：HYPERLINK"mailto:[e-mail]"[e-mail]0前言随着机器人领域的不断扩大，机器人的种类也越来越多。按移动方式来区分机器人，可以分为轮式机器人，足式机器人，履带式机器人。足式机器人的腿大量的自由度可以保证运动起来更加灵活，对凹凸不平的地形具有良好的适应能力，它的立足点是离散的，跟地面的接触面积很小，在崎岖的路面上可以选择最优的着地点，使其本身在行走过程中更加稳定[1]。因此，足式步行机器人的研究已经成为一个引人注目的研究领域。目前，对于轮式和履带式管道机器人的研究已经较为成熟，但对于足式的管道机器人研究还不够成熟。我们将四足及其以上的机器人称为多足机器人，该类机器人能够在某些特殊或者危险的环境中代替人类进行作业[2]。六足步行机器人是足式机器人中稳定性最好的一种，本文将对管道内的六足机器人进行步态规划和运动学分析。1六足机器人的步态规划六足行走机器人采用仿生学的原理，模仿“六足纲”[3]昆虫的运动方式，在路面上其采用三角步态快速运动。所谓的三角步态，就是将机器人的六条足分为两组，其中一侧的前足、后足跟另一侧的中足分为一组，剩下的分为一组，每组的运动都是一致的且能构成三角架来支撑机体，所以，六足的结构具有很强的稳定性。图1六足机器人的步态规划图1为六足行走机器人的步态，实心的点代表机器人的站立腿，虚心的点代表机器人的摆动腿，其运动方式为，腿1、3、5为一组，腿2、4、6为一组，腿2、4、6作为摆动腿抬起，为保持平衡，机器人的重心与腿1、3、5形成的三角形的重心重合，此时，1、3、5腿为站立腿来支撑整个机体，如图a；摆动腿向前跨步，如